获重大人才培养奖励计划、基金资助项目情况：

主要科研经历及贡献：

1. 发现全球超强台风季节提前现象。聚焦全球范围超强台风——强度最大、造成人类社会每年经济损失高达万亿级别的台风事件，首次发现全球尺度超强台风发生时间呈现出显著的季节提前趋势，并基于多源数据集、多个统计指标和多种检验方法，论证了这一全球现象的稳健性，基于最新气候模式的全强迫和单独强迫试验开展归因分析，证明人类温室气体排放导致的季节依赖海洋增暖对于超强台风季节提前发挥主导作用。提出随着全球变暖“超强台风-夏季风暴雨”复合灾害发生风险增加，其破坏性影响远超任何一个单独的灾害事件，这一认识对于提升自然灾害风险预警水平和加强气候变化背景下防灾减灾救灾工作具有重要应用价值。作为独立第一作者将研究工作以研究长文形式发表在Nature. 623: 83-89 (2023)，文章关注度为同期所有期刊文章前1%，Nature文章前10%。

2. 构建一套气候尺度台风路径模型。提出合理反映台风与大尺度环境引导气流相互作用产生的次级引导气流速度表达式，根据第一性原理构建一套能够准确刻画台风活动分布气候尺度典型特征的台风路径模型，相比国际已有模型具有明显优势。作为第一作者将相关研究工作发表于气候领域Top期刊Journal of Climate. 36: 4531-4541 (2023)、Journal of Climate, 33: 7777-7786 (2020)，以第一开发者获得计算机软件著作权3项；以第一开发者获得国际PCT专利1项，申请国家发明专利1项；国家海洋环境预报中心业务专家充分肯定该项工作：“对我国海洋防灾减灾具有重要的实用参考价值”。

3. 阐明气候变化背景下登陆我国台风数量变化趋势，表现为近几十年来登陆华东地区台风数量变多，登陆华南地区台风数量变少，论证我国华北平原历史上极端暴雨洪水均与北上台风有关，作为第一作者将相关研究工作发表于气候领域Top期刊Journal of Climate, 34: 9235-9247 (2021)、Environmental Research Letters, 15: 064030 (2020)、Environmental Research Letters, 15: 104062 (2020)，应用于三峡集团海上风电安全性设计，获国内权威学术会议港口、航道、海岸与海洋工程中青年学术研讨会最佳学术报告奖等协会级奖励，获中央主流媒体《人民资讯》、科技部主管媒体《科技日报》和多家社会媒体专题报道，覆盖受众超100万，形成政策专报上报中办、水利部。

发表论文、专著的情况

1. 代表性论文：

（1）Shan, K., Lin, Y., Chu, P.-S., Yu, X.* & Song, F.* Seasonal Advance of Intense Tropical Cyclones in A Warming Climate. Nature, 623: 83-89.

（2）Shan, K., Chu, P.-S. & Yu, X.*, 2023: Interdecadal Change of Tropical Cyclone Translation Speed in South China Sea: Observed Evidence, Model Results, and Possible Mechanism. Journal of Climate, 36(13): 4531-4541.

（3）Shan, K. & Yu, X.*, 2021: Variability of Tropical Cyclone Landfalls in China. Journal of Climate, 34(23): 9235-9247.

（4）Shan, K. & Yu, X.*, 2020: Interdecadal variability of tropical cyclone genesis frequency in Western North Pacific and South Pacific Ocean basins. Environmental Research Letters, 15: 064030.

（5）Shan, K. & Yu, X.*, 2020: A simple trajectory model for climatological studies of tropical cyclones. Journal of Climate, 33(18): 7777-7786.

（6）Shan, K. & Yu, X.*, 2020: Enhanced understanding to poleward migration of tropical cyclone genesis. Environmental Research Letters, 15: 104062.

（7）余锡平, 单楷越, 2023. 华北平原极端暴雨洪水事件共性机制探讨及对策建议.中国水利，18: 24-28.

（8）吴敬凯, 沈忠辉, 单楷越*, 余锡平, 2023. 海上风电单桩-摩擦环复合基础动力响应特性研究. 工程力学 DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2023.03.0154

（9）吴敬凯, 张安一方, 单楷越*, 余锡平, 2023. 新型海上风电风机基础经济可行性评估. 水力发电学报, 42: 27-34.

（10）王静, 刘一龙, 单楷越*, 余锡平. 2020: 热带气旋迁移加速度的统计规律. 水力发电学报, 39(7):88-98.

2. 出版专著：

（1）单楷越，2022：热带气旋与气候变化：观测证据、模型模拟和未来预估，中国水利水电出版社（ISBN978-7-5226-1148-8）

3. 获得的专利：

（1）Shan, K., Wu, J., Yan, F., Yu, X. 2021. Tropical cyclone activity forecasting method, device, equipment and storage medium. PCT（国际专利; 21DX0740FPPE）

（2）单楷越, 吴敬凯, 严枫, 余锡平. 2021. 台风活动的预测方法、装置、设备及存储介质. 国家发明专利. 实质审查（202110742241.3）

（3）单楷越, 余锡平. 2021. 基于贝叶斯分析的热带气旋频数统计检验平台V1.0. 计算机软件著作权.（2021SR0612670）

（4）单楷越, 吴敬凯, 余锡平. 2021.热带气旋生成序列统计检验平台V1.0. 计算机软件著作权.（2021SR0608011）

（5）单楷越, 余锡平. 2021. 热带气旋动力路径模型V1.0. 计算机软件著作权.（2021SR0198566）

项目依托的科研平台、科研项目：

1. 依托科研平台

清华大学水利系

水圈科学与水利工程全国重点实验室

2. 依托的科研项目：

国家自然科学基金重点项目：海气相互作用过程的描述方法及其在台风浪与风暴潮模拟中的应用

国家自然科学基金青年项目：台风生命周期内能量指标的变化规律及其对致灾过程的影响

项目背景：

台风是自然界中发生频率最高、造成影响最为严重的自然灾害之一。1981-2010 年，全球平均每年产生 46.1 个台风，在西北太平洋海域就多达 15.3个（Schreck et al., 2014）。台风过境时，强风与低气压共同作用导致近岸水位异常升高的现象称为台风风暴潮，其是台风致灾的重要因素。风暴潮遭遇天文大潮时造成的危害更大。

全球范围内历史上造成重大灾害的台风案例不胜枚举。1970 年 11 月，在孟加拉湾沿岸发生的一次台风过程中产生了超过 6 米的风暴增水，致使恒河三角洲一带超过 30 万人死亡、100 多万人无家可归。2005 年 8 月，台风 Katrina 袭击了美国墨西哥湾沿岸地区，夺去了 1800 余人的生命，成为美国历史上造成损失最为惨重的台风之一。2006 年 8 月，超强台风“桑美”在我国浙江登陆，登陆时恰与天文大潮相遇，造成了特大风暴潮灾害；加之强风和暴雨的侵袭，致使浙江、福建等地 483 人死亡。2013 年 11 月，台风“海燕”以巅峰状态登陆菲律宾，近中心最大风速高达 275 km/h，是西北太平洋地区有记录以来的第三强台风，其超强的风力及大规模的风暴增水重创了菲律宾中部人口密集地区，致使 6100 多人因灾死亡。此外，已有研究表明台风的潜在破坏力在过去 30 年内显著增加，且这种趋势随着全球气候变暖及海面温度升高愈发明显（Emanuel,2005）。因此，深入研究台风运动规律，准确预测预报台风浪与风暴潮过程，及时做好防灾减灾工作，对于保护沿海地区人民生命财产安全具有十分重要的意义。

总体目标：

项目旨在揭示台风过程中海气动量交换机制，提出一个充分考虑多因素共同作用的风应力计算模型，耦合风应力完善台风浪—风暴潮数值模型，提高台风浪与风暴潮数值模拟的精度，解决沿海地区台风与风暴潮灾害预报预警中的关键科学问题，并探讨全球气候变化影响下我国沿海地区台风浪与风暴增水规律的变化。

拟解决的关键科学问题：

拟解决的关键科学问题包括：（1）台风过程中开阔海域与近岸海域内风应力的精确模化；（2）风应力、风暴潮、波浪三种数值模型的高效耦合；（3）多因子共同作用下台风浪与风暴增水过程的精确模拟；（4）全球气候尺度下台风产生频率与强度影响因素的准确把握。

研究内容与技术路线：

项目的主要研究内容包括：高风速下风应力系数变化规律的理论研究、近岸海域风应力系数研究、风应力—风暴潮—波浪耦合模型的构建、超强台风下台风浪和风暴增水规律研究、全球气候变化影响下我国沿海地区台风浪与风暴增水规律的变化。

项目以理论分析和数值模拟为主要研究手段，辅以现场调研，具体技术路线如下：

（1）理论分析

采用理论分析方法研究高风速下及近岸海域内风应力系数的变化规律，分析大气层底部波浪边界层中的动力学过程，修正边界层控制方程以考虑悬浮飞沫、气流分离等过程对海气动量交换的影响。前期工作中，项目研究团队基于边界层动量与能量守恒方程已初步构建了风应力计算模型，并研究了悬浮飞沫密度分层效应对紊动耗散的影响，对边界层中的动力学过程已有较深入的认识，为本项目的研究奠定了基础。

（2）数值模拟

拟构建一套风应力—风暴潮—波浪耦合数值模型，应用模型模拟实际台风作用下的台风浪与风暴潮过程，研究超强台风作用下台风浪与风暴增水的规律。首先，在现有的风暴潮模型基础上，综合考虑风暴增水、天文潮、径流、波浪等多因子的相互作用，进一步发展完善波流耦合模型。其次，将构建的风应力计算模型嵌入波流耦合模型，搭建多因子耦合的风应力—风暴潮—波浪耦合数值系统。最后，应用构建的耦合数值系统模拟实际台风作用下的台风浪与风暴潮过程。

（3）现场调研

针对我国沿海地区实际发生的台风与风暴潮灾害进行实地现场综合调研，考察实际台风与风暴潮过程中潮汐、波浪、海水淹没等情况，为验证耦合数值系统提供基础数据，也为研究我国沿海地区的防灾减灾问题提供数据支撑。

预期成果：

（1）论文产出方面：发表高质量论文15篇。

（2）参加学术会议 20 次。

（3）培养研究生 10 名。

科研平台及研究队伍：

依托于清华大学水圈科学与水利工程全国重点实验室，该实验室于2022年由水沙科学与水利水电工程国家重点实验室重组而来，其连续3次评估中均为优秀，是国内难得的高水平研究平台，其中，中国科学院和中国工程院院士6人，教授41人，博士生导师61人，北京市名师2人。研究成果先后获得国家自然科学奖3项、国家发明一等奖1项、国家科技进步特等奖、一等奖等20余项，省部级科技成果一等奖和二等奖百余项，获得国际组织学术奖项数十项。清华大学水利学科2020年US News 排名全球第一，QS世界学科排名已连续5年位居全球前10，拥有全国水利工程学科领域第一个国家基金委创新研究群体，学术声誉世界一流。

依托团队为清华大学近岸海洋动力学研究团队，包括若干青年骨干、博士后以及十余名博士生。团队成员的专业结构涵盖开展气候变化与极端灾害研究所涉及的相关研究如海洋动力学、流体力学等，并在近岸大型工程安全以及环境和生态保护方面，积累了丰富的研究经验和应用技术储备，是一支结构合理、交叉融合、朝气蓬勃、团结向上的创新研究队伍，具备突出的基础研究能力、坚实的应用研究能力和科技创新方面雄厚的综合实力，海岸工程若干基础问题研究的成果获教育部自然科学一等奖。